当前课程知识点：Fundamentals of Inorganic Materials Science > 4 Melt and glass > 4.6 The typical glass > 4.6 The typical glass
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同学们好，
前几节我们学习了玻璃的通性、形成和结构，
今天我们来学习本章的最后一节，常见玻璃。
常见的氧化物玻璃主要有两类，
硅酸盐玻璃和硼酸盐玻璃。
其中硅酸盐玻璃由于成本低、化学稳定性良好、
硬度高、生产方法简单而被广泛应用。
硅酸盐玻璃由二氧化硅，
碱金属氧化物、碱土金属氧化物等组成。
随着碱性氧化物的引入，
体系的氧硅比增加，
玻璃的三维网络骨架逐渐破坏，
由架状向层状、链状、
直至岛状变化，
同时玻璃的性能也会改变。
为了描述玻璃的结构，
我们建立了四个不同的结构参数。
分别是R，氧硅比，
即玻璃中氧离子总数与网络形成离子总数之比。
X ，每个多面体中平均非桥氧个数。
Y，每个多面体中平均桥氧个数。
Z，每个多面体中氧离子平均总数
（一般硅酸盐玻璃中为4，硼酸盐玻璃中为3）。
这四个参数中存在一定关系：
X + Y = Z，X + Y/2 = R。
由此可知，
只要知道两个结构参数就可以得到另外两个。
同时，还可用X和Y求出
玻璃中的非桥氧百分数和桥氧百分数。
接下来，
我们举几个例子计算一下结构参数。
例如，
水玻璃是由氧化钠和氧化硅
摩尔比一比一组成的。
该玻璃中Z等于4，
R中分子中的氧来源于氧化钠和氧化硅，
分母来源于氧化硅。
按摩尔比计算可得R等于3，
结合公式可得X和Y都等于2。
再以10％molNa2O∙8%molAl2O3∙82%molSiO2组成的玻璃为例。
当玻璃中的组成比较复杂时，
首先需要判断各类氧化物的作用。
该玻璃中，氧化钠为网络变性体，
不参与网络形成；
氧化硅为网络形成体，
构成玻璃网络，
因此Z等于4。
氧化铝为中间体，
他在玻璃结构中的位置需要进一步判断。
判断方法如下：
如果(R2O+RO)/Al2O3大于等于1，
则Al3+为网络形成离子；
如果 (R2O+RO)/Al2O3小于1，
则Al3+为网络变性离子。
如果为网络形成离子，
铝离子的含量要计入R值的分母中，
如果是网络变形离子，
R值的分母中不考虑铝离子的含量。
同时结合分子式，
可以计算出各种氧化物提供的阳离子数量。
进而计算出R，求出X和Y。
该例中
R等于2.02，X = 0.04，Y = 3.96。
此外，Y是玻璃的重要结构参数。
玻璃的很多性质取决于Y值。
Y<2时硅酸盐玻璃就不能构成三维网络。
而在形成玻璃范围内，Y增大网络紧密，
强度增大，粘度增大，
膨胀系数降低，电导率下降。
相反的，
Y下降网络结构疏松，
网络变性离子的移动变得容易，
粘度下降，
膨胀系数增大，
电导率增大。
不同组成的玻璃，只要Y值相近，
玻璃就具有相似的性质。
最后，
我们再对比一下硅酸盐玻璃与硅酸盐晶体。
他们之间的差异主要体现在四方面，
第一，晶体中[SiO4]排列是严格有序的，
而在玻璃中则是无序排列的。
第二，晶体中R＋或R2＋阳离子占据点阵的固定位置；
玻璃中则统计地分布在空腔内，
平衡非桥氧的负电荷。
第三，晶体中只有半径相近的阳离子能发生互相置换；
玻璃中网络结构容易变形，
只要遵守静电价规则，不论离子半径如何，
网络变性离子均能互相置换。
第四，晶体中一般组成是固定的，
且符合化学计量比例（除固溶体外）；
而玻璃中，只要在形成玻璃的组成范围内
氧化物可以以任意比例混合。
这些差异说明
玻璃的化学组成、结构
比晶体有更大的可变动性和宽容度，
所以玻璃的性能可以作很多调整，
使玻璃品种丰富，有十分广泛的用途。
另一类常见氧化物玻璃是硼酸盐玻璃。
B2O3是硼酸盐玻璃中的网络形成体，
B2O3也能单独形成氧化硼玻璃。
按无规则网络学说，
纯B2O3玻璃的结构可看成由[BO3]三角体
（扁三角锥体，几乎是三角形）
无序相连而组成的向两度空间发展的网络。
B2O3玻璃的层之间是分子力，
是一种弱键。
所以B2O3玻璃软化温度低(450℃)，
表面张力小，化学稳定性差
(易在空气中潮解)，热膨胀系数高。
一般来说，
纯B2O3玻璃实用价值小。
但B2O3是唯一
能用来制造有效吸收慢中子的氧化物玻璃，
而且是其它材料不可取代的。
B2O3与R2O、RO等配合
才能制成稳定的有实用价值的硼酸盐玻璃。
当B2O3中加入R2O、RO时会出现“硼反常”。
我们已在之前的小节中学习了这一现象，
这里不再做详细介绍。
最后，大家了解一下硼酸盐玻璃的应用。
一，硼酸盐玻璃可有效吸收慢中子，
在核工业中有重要用途。
二、硼酸盐玻璃对于碱金属(Na、Cs)蒸汽稳定，
可作为含Na和Cs的放电灯灯罩材料。
三、特种硼酸盐玻璃的另一特性是X射线透过率高，
可作为X射线管小窗的材料。
四、硼酸盐玻璃电绝缘性能好且易熔，
常作为玻璃焊剂或粘结剂。
五、硼酸盐玻璃分相，
可使玻璃发生乳浊。
大家在今后的选材或材料组分设计时，
可以根据需要选择合适的玻璃制品。
好，这就是熔体和玻璃体这一章
大家需要掌握的主要内容，
谢谢！
-Test for chapter 1
-2.1 Type of defect
-2.2.1 The expression methods of point defects
--2.2.1 The expression methods of point defects
--2.2.1 The expression methods of point defects
-2.2.2 The rules for writing of defect reaction equation
--2.2.2 The rules for writing of defect reaction equation
--2.2.2 The rules for writing of defect reaction equation
-2.3 Calculation of thermal defect concentration
--2.3 Calculation of thermal defect concentration
--2.3 Calculation of thermal defect concentration
-2.4 Non-stoichiometric compounds
--2.4 Non-stoichiometric compounds
--2.4 Non-stoichiometric compounds
-Homework for chapter 2
-Test for chapter 2
-3.1 The classification of solid solutions
--3.1 The classification of solid solutions
--3.1 The classification of solid solutions
-3.2 Substitutional solid solution
--3.2 Substitutional solid solution
--3.2 Substitutional solid solution
-3.3 Interstitial solid solution
--3.3 Interstitial solid solution
--3.3 Interstitial solid solution
-3.4 The research method of solid solutions
--3.4 The research method of solid solutions
--3.4 The research method of solid solutions
-3.5 Questions for crystal imperfection and solid solution
--Questions for crystal imperfection and solid solution
-Homework for chapter 3
-Test for chapter 3
-4.1 Melt structure
-4.2 The properties of the melt
--4.2.1 The properties of the melt_viscosity
--4.2.2 The properties of the melt_surface tension
--4.2 The properties of the melt
-4.3 The characteristics of glass
--4.3 The characteristics of glass
--4.3 The characteristics of glass
-4.4 The formation of glass
--4.4.1 The formation of glass_kinetics conditions
--4.4.2 The formation of glass_crystal chemical conditions
-4.5 The structure of glass
-4.6 The typical glass
-4.7 Questions for melt and glass
--Questions for melt and glass
-Test for chapter 4
-5.1 Phase equilibrium in silicate systems
--5.1 Phase equilibrium in silicate system
--5.1 Phase equilibrium in silicate system
-5.2 One-component system phase diagram
--5.2 One-component system phase diagram
--5.2 One-component system phase diagram
-5.3 Applications of one-component diagrams
--5.3 Applications of one-component diagrams
--5.3 Applications of one-component diagrams
-5.4 Binary diagrams
--5.4.1 Binary diagram with eutectic point
--5.4.2 Binary system with a congruent melting compound and one with an incongruent melting compound
--5.4.3 Other five types of phase diagrams of binary systems
-5.5 Applications of binary phase diagrams
--5.5 Applications of binary phase diagrams
--5.5 Applications of binary phase diagrams
-5.6 Ternary diagrams
--5.6.1 Representation of ternary system composition
--5.6.1 Representation of ternary system composition
--5.6.2 Three-dimensional state diagram and plane projection diagram of a simple ternary system
--5.6.2 Three-dimensional state diagram and plane projection diagram of a simple ternary system
--5.6.3 (1) Basic types of ternary phase diagrams
--5.6.3 (2) Basic types of ternary phase diagrams
--5.6.3 (3) Basic types of ternary phase diagrams
--5.6.3 Basic types of ternary phase diagrams
-5.7 Applications of ternary phase diagrams
--5.7 Applications of ternary phase diagrams
--5.7 Applications of ternary phase diagrams
-5.8 Research methods of phase equilibrium
--5.8 Research methods of phase equilibrium
--5.8 Research methods of phase equilibrium
-5.9 Questions for phase equilibria
--Questions for phase equilibria
-Homework for chaper 5
-Test for chapter 5
-6.1 Overview of diffusion
-6.2 The kinetic equations of diffusion
--6.2 The kinetic equations of diffusion
--6.2 The kinetic equations of diffusion
-6.3 The thermodynamic equation of diffusion
--6.3 The thermodynamic equation of diffusion
--6.3 The thermodynamic equation of diffusion
-6.4 Diffusion mechanisms and diffusion coefficient
--6.4 Diffusion mechanisms and diffusion coefficient
--6.4 Diffusion mechanisms and diffusion coefficient
-6.5 Diffusion in solid
-6.6 Factors affecting diffusion
--6.6 Factors affecting diffusion
--6.6 Factors affecting diffusion
-6.7 Questions for diffusion
-Homework for chaper 6
-Test for chapter 6
-7.1 Overview of solid state reactions
--7.1 Overview of solid state reactions
--7.1 Overview of solid state reactions
-7.2 Kinetic equation of solid state reaction
--7.2 Kinetic equation of solid state reaction
-7.3 Factors affecting the solid state reaction
--7.3 Factors affecting the solid state reaction
--7.3 Factors affecting the solid state reaction
-Homeword for chapter 7
-8.1 The categories of phase transformation
--8.1 The categories of phase transformation
--8.1 The categories of phase transformation
-8.2 Crystallization
--8.2.1 Crystallization thermodynamics
--8.2.2 Crystallization kinetics
-8.3 Phase Separation of glass
--8.3 Phase separation of glass
--8.3 Phase separation of glass
-8.4 Questions for phase transformation
--Questions for phase transformation
-Test for chapter 8
-9.1 Overview of sintering
-9.2 The driving forces and models of sintering
--9.2 The driving forces and models of sintering
--9.2 The driving forces and models of sintering
-9.3 Solid state sintering
--9.3.1 Evaporation-Condensation mass transfer
--9.3.2 Diffusion mass transfer
-9.4 Liquid phase sintering
--9.4.2 Solution-Precipitation mass transfer
-9.5 Grain growth and secondary recrystallization
--9.5.2 Secondary recrystallization
--9.5 Grain growth and secondary recrystallization
-9.6 Factors affecting sintering
--9.6 Factors affecting sintering
--9.6 Factors affecting sintering
-9.7 Questions for sintering
-Homework for chapter 9
-Test for chapter 9
